中波發射機電源系統冷卻效果的改進措施

吳鈺瑩

（國家廣播電視總局七五一臺，福建 南平 354000）

0 引言

DX 發射機屬于數字化調幅中波廣播發射機，具有功率大、性能好和工作效率高的特點，其冷卻方式有風冷和水冷兩種。在國家廣播電視總局七五一臺，一部DX-200 與一部DX-600 風冷式發射機共同承擔播音任務，其工作過程中會產生大量的熱量。如果環境溫度較高，造成發射機冷卻風機進風口的溫度偏高，發射機冷卻風機吹風散熱的效果下降，將使發射機處于高溫高熱的工作環境中，長久運行會造成設備性能下降、損壞，而當溫度升高到一定程度，發射機內的溫度檢測系統起保護作用，將造成發射機關機。

為了確保發射機的穩定運行，國家廣播電視總局七五一臺對發射機房環境冷卻系統進行技術改進，降低發射機工作的環境溫度，并對產生熱源嚴重的電源系統進行技術改進，使其產生的熱量能快速的消散，從而達到整體冷卻降溫的改造目標。

1 機房冷卻系統對發射機穩定運行的影響

DX 風冷中波發射機由電源控制系統、冷卻系統等5 個部分組成，而電源控制系統中的250 V DC 主電源是由主電源變壓器輸出的交流電源經整流機柜內的電源整流電路整流后得到的，其工作原理如下。高壓10 kV電源經10 kV/205 V 主電源變壓器轉換后輸出205 V 交流電源，送至整流機柜，再由6 個可控硅組成的全橋式整流電路整流，輸出250 V DC 的直流電源由阻流圈濾波后，供發射機的各個功放柜的功放模塊使用。如果在工作中主電源變壓器或可控硅整流電路出現故障，將無法為功放模塊提供正常的工作電源，導致發射機關機，造成停播。

由此可見，主電源變壓器與可控硅整流電路是發射機非常重要的組成部分，而作為大功率發射機，工作中主電源變壓器與可控硅整流組件會產生大量的熱量，散發到工作的環境中，使各部位溫度逐步升高。如果將發射機置于冷卻效果較差的機房中，變壓器與可控硅得不到良好的降溫，長期在高溫環境下運行，容易引起變壓器或可控硅等設備過熱而擊穿損壞。為保護變壓器與可控硅整流組件，分別在變壓器鐵芯與可控硅散熱片上設置了溫控保護器，用于監測二者的溫度，一旦監測到溫度過高，溫控保護器動作，發射機將輸出過溫故障信號并關機。因此，如果機房冷卻系統效果不好，會引起變壓器或可控硅頻繁出現過熱關機，是威脅發射機穩定運行的巨大隱患。本機房原有的冷卻系統就存在此類隱患，尤其是在炎熱的天氣里，機房環境溫度居高不下，所以有必要對機房冷卻系統進行徹底的改造。

發射機房原有的冷卻系統由2 臺空調與3 臺大功率風機對機房的環境溫度進行降溫，如圖1 所示，采用外循環的進風方式，其帶入的灰塵會日積月累地附著在發射機內部，降低了設備和內部的絕緣性能，不利于冷卻系統正常工作，也為維護工作帶來較大的工作量。

由于空調出風口少，整個環境溫度分布不均勻，且出風口距離機器較遠，冷卻效果不能滿足實際需求。特別是在夏季，發射機房環境溫度高達40℃，造成發射機各部位因高溫而故障頻發，嚴重威脅安全播出工作。在原有的冷卻系統下，各部位的工作溫度具體情況如下。在整機效率為86%的DX 發射機中單個變壓器在工作中將輸出205 V AC 大小的電壓與大于860 A 的電流，變壓器所要承擔的功率必須遠大于[250×0.86×（1+m2/2）]/0.86=375 kW的功率（m為發射機調幅大小，滿調幅時為1），而DX-600 發射機則需3 個變壓器同時運行，因此變壓繞組與鐵芯產生的溫度非常高，酷暑時最高可達120℃，變壓器鐵芯溫控保護器更是會頻繁出現保護動作，輸出故障信號到保護檢測電路，引起發射機故障關機。

圖1 改造前空調系統分布圖

變壓器長期工作在高溫環境，容易造成性能下降，使用壽命減短。變壓器售價幾十萬，若損壞重新購買，價格昂貴且搬運不便，安裝耗時，不但影響了安全播出工作，還很大程度上增大了安全播出的經濟成本。而對于本來就空間狹小散熱不良的整流機柜，在原冷卻系統的環境下，可控硅的工作溫度也時常攀升到70℃以上，很容易達到溫控保護器動作的門限值80℃，引起發射機保護關機。長時間高溫工作也會造成可控硅性能下降甚至擊穿損壞，更換可控硅器件耗時往往長達數小時，嚴重影響安全播出工作。

因此為確保發射機的穩定運行，如何降低環境溫度以及降低各部位的工作溫度，消除發射機運行的安全隱患，勢在必行。

2 電源系統冷卻效果的改造方案

2.1 空調冷卻系統改造，降低環境溫度

新的機房冷卻系統，使用3 臺單機100 kW 制冷量的精密空調，可實現智能協調風機輸出、制冷流量輸出、加熱輸出、加濕輸出等多種功能，并在多處設置溫濕度傳感器探頭，通過智能動環監控系統對環境溫度監控點的溫濕度進行實時監測。該系統將根據環境溫度自行調節空調工作冷卻的溫度，能更好節能運行，還能自動配合發射機開關機時間同步運行。

新冷卻系統的風筒采用酚酫單層彩鋼板材料制作，保溫效果較好，不僅美觀且安裝方便。設計了百葉式固定出風口和球形可調出風口兩種，百葉風口可調上下風向，回風口可與風口過濾網合用，節片角度可以調節；球形風口出風方向可在頂角為35°的圓錐形空間內前后左右方便地調節，風量大小也可通過閥門開合程度來調節。兩種出風形式相結合，針對散熱需求量大的整流柜、變壓器，設置多風口分別對整流柜、變壓器吹風，新風孔離發射機后機柜尤其是整流機柜及變壓器等附屬設備距離更近，如圖2 所示，大大降低了整流柜進風口的冷卻溫度與變壓器工作的環境溫度，使機房溫度長期保持在25℃以下，能完全滿足發射機房散熱要求。此外，采用室內循環工作模式，為發射機及其附屬設備營造了潔凈無塵的溫度環境，也為如下改造提供了可能性。

圖2 機房大廳改造后出風筒分布圖

2.2 變壓器自身冷卻方式改造

為改善變壓器的散熱條件，本臺還對發射機房干式變壓器冷卻系統進行了改造。首先，增加變壓器底部吹風的進風量和變壓器頂部抽風的出風量。在干式變壓器底部繞組正面和背面各安裝3 臺型號為GFDD440-120，功率為40 W，風量為750 m3/h，轉速為1 400 r/min 的橫流式冷卻風機，由集中吹風冷卻改為局部吹風冷卻。根據變壓器各相繞組不同的安裝位置，按照不同的位置、不同的角度有針對性地進行冷卻風機調整，直至冷卻風道口的進風量最大為止。使用便攜式測風儀FYF-1 對各相繞組冷卻風道口的風速進行測試，改造后各相繞組冷卻風道口的風速不僅更加均衡，而且也更大。

改造前，DX-600 型中波發射機的10 kV/205 V 變壓器四周都是鐵門包裹，運行中受到環境溫度及設備本身發熱影響，造成變壓器散熱不通暢，熱量不能及時排出，溫度不斷上升。底部加裝的橫流式風機吹風效果不顯著，只是對變壓器的鐵芯進行部分散熱，對整個變壓器產生的總體熱量起不到太大的冷卻效果[1]。

為解決變壓器通風散熱難題，將原變壓器頂部及四周密閉的屏蔽板改成鏤空隔離板，鏤空的網孔直徑為1 cm，熱量通過前、后門網孔及頂部網孔快速排出，大大增加了干式變壓器出風口面積，改善變壓器內部風循環，通風散熱速度明顯加快，變壓器溫度基本控制在50℃左右，有力保障了變壓器的穩定運行。這樣的改造既不影響變壓器外觀，又兼顧了安全性，對變壓器的使用壽命和使用效率都有提高。

3 改造后的實際效果

良好的運行環境是保障發射機穩定運行的先提條件，通過一系列的改造工作，發射機房全年環境溫度穩定控制在26℃以下，可控硅溫度由原來的65℃以上控制在50℃左右，實現了精準控制溫濕度，發射機及其附屬設備工作更加穩定，達到了整體冷卻降溫的改造目標。

在幾乎同等運行環境和運行時間的情況下，DX-600 型中波發射機3 臺干式變壓器二次繞組上方端口處鐵芯溫度范圍由改造前的75～120℃降低為現在的36～58℃，可控硅的溫度也從原來的60～75℃降低到50～65℃。經過一年多時間的實際運行，證明對干式變壓器冷卻系統的改造是成功的，既徹底解決了干式變壓器溫度過高給發射機安全穩定運行所帶來的隱患，也再未出現因可控硅過熱而引起的發射機保護關機，又延長了干式變壓器和可控硅的使用壽命，具有很好的經濟效益。

4 結論

國家廣播電視總局七五一臺多措并舉，確保冷卻系統零故障運行，極大改善了發射機的現有工作環境，大大豐富了應對冷卻系統引起的故障的應急措施和解決辦法，為發射機的穩定運行提供了更加可靠有力的保障，對同行業者有一定的借鑒意義。